ما هو معدن عنصر الإربيوم وتطبيقاته وخصائصه وطرق الاختبار الشائعة الاستخدام

بينما نستكشف عالم العناصر الرائع،الإربيوميجذب انتباهنا بخصائصه الفريدة وقيمة التطبيق المحتملة. من أعماق البحار إلى الفضاء الخارجي، من الأجهزة الإلكترونية الحديثة إلى تكنولوجيا الطاقة الخضراء، تطبيقالإربيومفي مجال العلوم يستمر في التوسع، مما يدل على قيمته التي لا تضاهى.
اكتشف الكيميائي السويدي موساندر الإربيوم في عام 1843 من خلال تحليل الإيتريوم. لقد أطلق في الأصل على أكسيد الإربيوم اسمأكسيد التيربيوم,لذلك في الأدب الألماني المبكر، تم الخلط بين أكسيد التيربيوم وأكسيد الإربيوم.

ولم يتم تصحيحه إلا بعد عام 1860. وفي نفس الفترة عندمااللانثانمتم اكتشافه، وقام مصندر بتحليل ودراسة ما تم اكتشافه في الأصلالإيتريوم، ونشر تقريرا عام 1842 يوضح أنه تم اكتشافه أصلاالإيتريوملم يكن أكسيد عنصر واحد، بل أكسيد ثلاثة عناصر. وما زال يسمي واحدًا منهم بالإيتريوم، ويسمي واحدًا منهمerbia(أرض الإربيوم). تم تعيين رمز العنصر كـEr. تم تسميته على اسم المكان الذي تم فيه اكتشاف خام الإيتريوم لأول مرة، وهي بلدة يتر الصغيرة بالقرب من ستوكهولم، السويد. اكتشاف الإربيوم وعنصرين آخريناللانثانموتيربيوم، فتح الباب الثاني لاكتشافالعناصر الأرضية النادرةوهي المرحلة الثانية من اكتشاف العناصر الأرضية النادرة. اكتشافهم هو الثالث من العناصر الأرضية النادرة بعدالسيريوموالإيتريوم.

اليوم، سنبدأ في هذه الرحلة الاستكشافية معًا للحصول على فهم أعمق للخصائص الفريدة للإربيوم وتطبيقاته في التكنولوجيا الحديثة.

مجالات تطبيق عنصر الإربيوم

1. تكنولوجيا الليزر:يستخدم عنصر الإربيوم على نطاق واسع في تكنولوجيا الليزر، وخاصة في ليزر الحالة الصلبة. يمكن لأيونات الإربيوم إنتاج أشعة ليزر بطول موجة يبلغ حوالي 1.5 ميكرون في مواد الليزر ذات الحالة الصلبة، وهو أمر ذو أهمية كبيرة في مجالات مثل اتصالات الألياف الضوئية وجراحة الليزر الطبية.
2. اتصالات الألياف الضوئية:وبما أن عنصر الإربيوم يمكنه إنتاج الطول الموجي المطلوب للعمل في اتصالات الألياف الضوئية، فإنه يستخدم في مضخمات الألياف. ويساعد ذلك على تعزيز مسافة الإرسال وكفاءة الإشارات الضوئية وتحسين أداء شبكات الاتصالات.
3. جراحة الليزر الطبية:يستخدم ليزر الإربيوم على نطاق واسع في المجال الطبي، وخاصة في قطع الأنسجة والتخثر. يسمح اختيار الطول الموجي بامتصاص ليزر الإربيوم بشكل فعال واستخدامه في جراحة الليزر عالية الدقة، مثل جراحة العيون.
4. المواد المغناطيسية والتصوير بالرنين المغناطيسي:يمكن أن تؤدي إضافة الإربيوم إلى بعض المواد المغناطيسية إلى تغيير خصائصها المغناطيسية، مما يجعلها تطبيقات مهمة في التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). يمكن استخدام المواد المغناطيسية المضاف إليها الإربيوم لتحسين تباين صور التصوير بالرنين المغناطيسي.

5. مكبرات الصوت الضوئية:يستخدم الإربيوم أيضًا في مكبرات الصوت الضوئية. وبإضافة الإربيوم إلى مكبر الصوت، يمكن تحقيق الكسب في نظام الاتصال، مما يزيد من قوة الإشارة الضوئية ومسافة إرسالها.
6. صناعة الطاقة النووية:يحتوي نظير الإربيوم-167 على مقطع عرضي نيوتروني مرتفع، لذلك يتم استخدامه كمصدر للنيوترونات في صناعة الطاقة النووية للكشف عن النيوترونات والتحكم في المفاعلات النووية.
7. الأبحاث والمختبرات:يستخدم الإربيوم ككاشف وعلامة فريدة في المختبر للتطبيقات البحثية والمخبرية. خصائصه الطيفية والمغناطيسية الخاصة تجعله يلعب دورًا مهمًا في البحث العلمي.
يلعب الإربيوم دورًا لا غنى عنه في العلوم والتكنولوجيا والطب الحديث، وتوفر خصائصه الفريدة دعمًا مهمًا لمختلف التطبيقات.

الخصائص الفيزيائية للإربيوم

المظهر: الإربيوم معدن صلب أبيض فضي.

الكثافة: تبلغ كثافة الإربيوم حوالي 9.066 جم / سم 3. يشير هذا إلى أن الإربيوم معدن كثيف نسبيًا.

نقطة الانصهار: الإربيوم لديه نقطة انصهار تبلغ 1529 درجة مئوية (2784 درجة فهرنهايت). وهذا يعني أنه عند درجات الحرارة المرتفعة، يمكن للإربيوم أن يتحول من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة.

نقطة الغليان: الإربيوم لديه نقطة غليان تبلغ 2870 درجة مئوية (5198 درجة فهرنهايت). هذه هي النقطة التي يتحول عندها الإربيوم من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية عند درجات حرارة عالية.

الموصلية: يعتبر الإربيوم من أكثر المعادن موصلية للكهرباء وله موصلية كهربائية جيدة.

المغناطيسية: في درجة حرارة الغرفة، يعتبر الإربيوم مادة مغناطيسية حديدية. إنها تظهر المغناطيسية الحديدية تحت درجة حرارة معينة، ولكنها تفقد هذه الخاصية عند درجات حرارة أعلى.

العزم المغناطيسي: يتمتع الإربيوم بعزم مغناطيسي كبير نسبيًا، مما يجعله مهمًا في المواد المغناطيسية والتطبيقات المغناطيسية.

التركيب البلوري: في درجة حرارة الغرفة، يكون التركيب البلوري للإربيوم أقرب تعبئة سداسية. يؤثر هذا الهيكل على خصائصه في الحالة الصلبة.

الموصلية الحرارية: يتمتع الإربيوم بموصلية حرارية عالية، مما يشير إلى أنه يؤدي أداءً جيدًا في التوصيل الحراري.

النشاط الإشعاعي: الإربيوم في حد ذاته ليس عنصرًا مشعًا، ونظائره المستقرة متوفرة بكثرة نسبيًا.

الخصائص الطيفية: يُظهر الإربيوم خطوط امتصاص وانبعاث محددة في المناطق الطيفية المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء، مما يجعله مفيدًا في تكنولوجيا الليزر والتطبيقات البصرية.

الخصائص الفيزيائية لعنصر الإربيوم تجعله يستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا الليزر والاتصالات البصرية والطب وغيرها من المجالات العلمية والتكنولوجية.

الخواص الكيميائية للإربيوم

الرمز الكيميائي: الرمز الكيميائي للإربيوم هو Er.

حالة الأكسدة: يتواجد الإربيوم عادةً في حالة الأكسدة +3، وهي حالة الأكسدة الأكثر شيوعًا. في المركبات، يمكن أن يشكل الإربيوم أيونات Er^3+.

التفاعلية: الإربيوم مستقر نسبياً في درجة حرارة الغرفة، ولكنه يتأكسد ببطء في الهواء. يتفاعل ببطء مع الماء والأحماض، لذلك يمكن أن يظل مستقرًا نسبيًا في بعض التطبيقات.

الذوبان: يذوب الإربيوم في الأحماض غير العضوية الشائعة لإنتاج أملاح الإربيوم المقابلة.
التفاعل مع الأكسجين: يتفاعل الإربيوم مع الأكسجين لتكوين الأكاسيد بشكل رئيسيEr2O3 (ثاني أكسيد الإربيوم). هذه مادة صلبة ذات لون أحمر وردي شائعة الاستخدام في طلاء السيراميك والتطبيقات الأخرى.

التفاعل مع الهالوجينات: يمكن أن يتفاعل الإربيوم مع الهالوجينات لتكوين الهاليدات المقابلة، مثلفلوريد الإربيوم (ErF3), كلوريد الإربيوم (ErCl3)، إلخ.

التفاعل مع الكبريت: يمكن أن يتفاعل الإربيوم مع الكبريت لتكوين الكبريتيدات، مثلكبريتيد الإربيوم (Er2S3).

التفاعل مع النيتروجين: يتفاعل الإربيوم مع النيتروجين لتكوينهنيتريد الإربيوم (ErN).

المجمعات: يشكل الإربيوم مجموعة متنوعة من المجمعات، وخاصة في الكيمياء العضوية المعدنية. هذه المجمعات لها قيمة تطبيقية في الحفز الكيميائي والمجالات الأخرى.

النظائر المستقرة: للإربيوم عدة نظائر مستقرة، وأكثرها وفرة هو Er-166. بالإضافة إلى ذلك، يحتوي الإربيوم على بعض النظائر المشعة، لكن وفرتها النسبية منخفضة.

الخصائص الكيميائية لعنصر الإربيوم تجعله عنصرا هاما في العديد من تطبيقات التكنولوجيا المتقدمة، مما يدل على تنوعه في مختلف المجالات.

الخصائص البيولوجية للإربيوم

يمتلك الإربيوم خصائص بيولوجية قليلة نسبيًا في الكائنات الحية، لكن بعض الدراسات أظهرت أنه قد يشارك في بعض العمليات البيولوجية في ظل ظروف معينة.

التوافر البيولوجي: يعتبر الإربيوم عنصرا نادرا للعديد من الكائنات الحية، ولكن توافره البيولوجي في الكائنات الحية منخفض نسبيا.اللانثانميصعب على الكائنات الحية امتصاص الأيونات واستخدامها، لذلك نادرًا ما تلعب دورًا مهمًا في الكائنات الحية.

السمية: يعتبر الإربيوم بشكل عام ذو سمية منخفضة، خاصة بالمقارنة مع العناصر الأرضية النادرة الأخرى. تعتبر مركبات الإربيوم غير ضارة نسبيًا عند تركيزات معينة. ومع ذلك، فإن التركيزات العالية من أيونات اللانثانم قد يكون لها آثار ضارة على الكائنات الحية، مثل تلف الخلايا والتدخل في الوظائف الفسيولوجية.

المشاركة البيولوجية: على الرغم من أن الإربيوم له وظائف قليلة نسبياً في الكائنات الحية، فقد أظهرت بعض الدراسات أنه قد يشارك في بعض العمليات البيولوجية المحددة. على سبيل المثال، أظهرت بعض الدراسات أن الإربيوم قد يلعب دوراً معيناً في تعزيز نمو وإزهار النباتات.

التطبيقات الطبية: للإربيوم ومركباته أيضًا تطبيقات معينة في المجال الطبي. على سبيل المثال، يمكن استخدام الإربيوم في معالجة بعض النويدات المشعة، كعامل تباين للجهاز الهضمي، وكمادة مضافة مساعدة لبعض الأدوية. في التصوير الطبي، تستخدم مركبات الإربيوم أحيانًا كعوامل تباين.

محتواه في الجسم: يتواجد الإربيوم بكميات صغيرة في الطبيعة، لذا فإن محتواه في معظم الكائنات الحية منخفض نسبياً أيضاً. وقد وجد في بعض الدراسات أن بعض الكائنات الحية الدقيقة والنباتات قد تكون قادرة على امتصاص وتراكم الإربيوم.

تجدر الإشارة إلى أن الإربيوم ليس عنصرًا أساسيًا لجسم الإنسان، لذا فإن فهم وظائفه البيولوجية لا يزال محدودًا نسبيًا. في الوقت الحاضر، لا تزال التطبيقات الرئيسية للإربيوم تتركز في المجالات التقنية مثل علم المواد والبصريات والطب، وليس في مجال علم الأحياء.

التعدين وإنتاج الإربيوم

الإربيوم هو عنصر أرضي نادر نادر نسبيًا في الطبيعة.

1. التواجد في القشرة الأرضية: يتواجد الإربيوم في القشرة الأرضية ولكن محتواه منخفض نسبياً. متوسط ​​محتواه حوالي 0.3 ملغم / كغم. يوجد الإربيوم بشكل رئيسي في شكل خامات، بالإضافة إلى عناصر أرضية نادرة أخرى.
2. التوزيع في الخامات: يوجد الإربيوم بشكل رئيسي في شكل خامات. وتشمل الخامات الشائعة خام الإربيوم الإيتريوم، وحجر الألومنيوم الإربيوم، وحجر البوتاسيوم الإربيوم، وما إلى ذلك. وعادة ما تحتوي هذه الخامات على عناصر أرضية نادرة أخرى في نفس الوقت. عادة ما يوجد الإربيوم في شكل ثلاثي التكافؤ.

3. الدول الرئيسية للإنتاج: الدول الرئيسية لإنتاج الإربيوم تشمل الصين والولايات المتحدة وأستراليا والبرازيل وغيرها. وتلعب هذه الدول دورا هاما في إنتاج العناصر الأرضية النادرة.

4. طريقة الاستخلاص: عادة ما يتم استخراج الإربيوم من الخامات من خلال عملية استخلاص العناصر الأرضية النادرة. يتضمن ذلك سلسلة من الخطوات الكيميائية وخطوات الصهر لفصل وتنقية الإربيوم.

5. العلاقة مع العناصر الأخرى: للإربيوم خصائص مشابهة للعناصر الأرضية النادرة الأخرى، لذلك في عملية الاستخلاص والفصل، غالباً ما يكون من الضروري مراعاة التعايش والتأثير المتبادل مع العناصر الأرضية النادرة الأخرى.
6. مجالات التطبيق: يستخدم الإربيوم على نطاق واسع في مجال العلوم والتكنولوجيا، وخاصة في مجال الاتصالات البصرية وتكنولوجيا الليزر والتصوير الطبي. نظرًا لخصائصه المضادة للانعكاس في الزجاج، يُستخدم الإربيوم أيضًا في تحضير الزجاج البصري.

على الرغم من أن الإربيوم نادر نسبيًا في القشرة الأرضية، نظرًا لخصائصه الفريدة في بعض تطبيقات التكنولوجيا المتقدمة، فقد زاد الطلب عليه تدريجيًا، مما أدى إلى التطوير والتحسين المستمر لتقنيات التعدين والتكرير ذات الصلة.

طرق الكشف الشائعة للإربيوم
تتضمن طرق الكشف عن الإربيوم عادةً تقنيات الكيمياء التحليلية. فيما يلي مقدمة تفصيلية لبعض طرق الكشف عن الإربيوم شائعة الاستخدام:

1. مطياف الامتصاص الذري (AAS): AAS هو أسلوب تحليل كمي شائع الاستخدام ومناسب لتحديد محتوى العناصر المعدنية في العينة. في AAS، يتم تفتيت العينة وتمريرها عبر شعاع ضوئي بطول موجي محدد، ويتم الكشف عن شدة الضوء الممتص في العينة لتحديد تركيز العنصر.

2. قياس طيف الانبعاث البصري للبلازما المقترنة حثيًا (ICP-OES): يعد ICP-OES تقنية تحليلية حساسة للغاية ومناسبة للتحليل متعدد العناصر. في ICP-OES، تمر العينة عبر بلازما مقترنة حثيًا لتوليد بلازما عالية الحرارة تثير الذرات الموجودة في العينة لإصدار طيف. ومن خلال الكشف عن الطول الموجي وشدة الضوء المنبعث، يمكن تحديد تركيز كل عنصر في العينة.

3. قياس الطيف الكتلي (ICP-MS): يجمع ICP-MS بين توليد البلازما المقترنة حثيًا مع الدقة العالية لقياس الطيف الكتلي ويمكن استخدامه لتحليل العناصر بتركيزات منخفضة للغاية. في ICP-MS، يتم تبخير العينة وتأينها، ومن ثم الكشف عنها بواسطة مطياف الكتلة للحصول على طيف الكتلة لكل عنصر، وبالتالي تحديد تركيزه.

4. التحليل الطيفي الفلوري: يحدد التحليل الطيفي الفلوري التركيز عن طريق إثارة عنصر الإربيوم في العينة وقياس إشارة الفلورة المنبعثة. هذه الطريقة فعالة بشكل خاص لتتبع العناصر الأرضية النادرة.

5. اللوني: يمكن استخدام اللوني لفصل وكشف مركبات الإربيوم. على سبيل المثال، يمكن تطبيق كروماتوغرافيا التبادل الأيوني وكروماتوغرافيا السائل ذات الطور العكسي على تحليل الإربيوم.

عادةً ما يلزم تنفيذ هذه الطرق في بيئة معملية وتتطلب استخدام أدوات ومعدات متقدمة. يعتمد اختيار طريقة الكشف المناسبة عادة على طبيعة العينة، والحساسية المطلوبة، والدقة، وتوافر معدات المختبر.

تطبيق محدد لطريقة الامتصاص الذري لقياس عنصر الإربيوم

في قياس العناصر، تتميز طريقة الامتصاص الذري بدقة وحساسية عالية، وتوفر وسيلة فعالة لدراسة الخواص الكيميائية والتركيب المركب ومحتوى العناصر.
بعد ذلك، نستخدم طريقة الامتصاص الذري لقياس محتوى عنصر الإربيوم. الخطوات المحددة هي كما يلي:
أولاً، من الضروري تحضير عينة تحتوي على عنصر الإربيوم. يمكن أن تكون العينة صلبة أو سائلة أو غازية. بالنسبة للعينات الصلبة، عادة ما يكون من الضروري إذابتها أو صهرها لعملية الانحلال اللاحقة.

اختر مطياف الامتصاص الذري المناسب. وفقا لخصائص العينة المراد قياسها ونطاق محتوى الإربيوم المراد قياسه، حدد مطياف الامتصاص الذري المناسب.

ضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري. وفقًا للعنصر المراد قياسه ونموذج الأداة، قم بضبط معلمات مطياف الامتصاص الذري، بما في ذلك مصدر الضوء، والرذاذ، والكاشف، وما إلى ذلك.

قياس امتصاصية عنصر الإربيوم. ضع العينة المراد اختبارها في الرذاذ، ثم قم بإصدار إشعاع ضوئي بطول موجي محدد من خلال مصدر الضوء. سوف يمتص عنصر الإربيوم المراد اختباره هذا الإشعاع الضوئي وينتج انتقالًا في مستوى الطاقة. يتم قياس امتصاصية عنصر الإربيوم بواسطة الكاشف.

احسب محتوى عنصر الإربيوم. احسب محتوى عنصر الإربيوم بناءً على الامتصاصية والمنحنى القياسي.

وعلى الساحة العلمية، أضاف الإربيوم، بخصائصه الغامضة والفريدة من نوعها، لمسة رائعة للاستكشاف والابتكار التكنولوجي البشري. من أعماق القشرة الأرضية إلى التطبيقات عالية التقنية في المختبر، شهدت رحلة الإربيوم سعي البشرية الدؤوب لاكتشاف سر العنصر. وقد أدى تطبيقه في الاتصالات البصرية وتكنولوجيا الليزر والطب إلى ضخ المزيد من الإمكانيات في حياتنا، مما سمح لنا بإلقاء نظرة خاطفة على المناطق التي كانت محجوبة في السابق.

فكما يلمع الإربيوم عبر قطعة من الزجاج البلوري في البصريات لينير الطريق المجهول أمامنا، فإنه يفتح بابًا إلى هاوية المعرفة للباحثين في قاعة العلوم. الإربيوم ليس مجرد نجم ساطع في الجدول الدوري، ولكنه أيضًا مساعد قوي للبشرية لتسلق قمة العلم والتكنولوجيا.

آمل أن نتمكن في السنوات القادمة من استكشاف سر الإربيوم بشكل أعمق واكتشاف المزيد من التطبيقات المدهشة، بحيث يستمر "نجم العنصر" في التألق وإلقاء الضوء على الطريق إلى الأمام في مسار التنمية البشرية. وتستمر قصة عنصر الإربيوم، ونحن نتطلع إلى ما سيظهره لنا الإربيوم من معجزات مستقبلية على الساحة العلمية.

لمزيد من المعلومات الثابتة والمتنقلةاتصل بناأقل :

واتس اب والهاتف: 008613524231522

Email:sales@shxlchem.com